土壤优先水流及溶质先迁移的研究

本文以探讨土壤优先水流的特征和非吸附性离子优先先移为主要目的，通过对土壤优先水流穿透曲线的分析，定量的论证了优先水流的特征。在分析方法上进行了一系列尝试。得出了土壤优先水流的几个典型特征，即土壤优先水流的优先穿透、穿透曲线的不对称性、穿透曲线的拖尾和出流速率的不稳定性。在土壤优先水流特征分析的基础上，提出了判断土壤优先水流的定量方法。围绕非吸附性离子的优先迁移的实验结果，分析了阶跃输入和脉冲输入的非吸附性离子在不同水力负荷下的运移特点、优先水流的侧向入渗对土体中溶质分布的影响和耕作对土壤优先水流及溶质运移的影响。研究表明原状黑土、棕壤、暗棕壤和红壤中优先水流穿透时的孔隙容积分别为 0.05、0.051、0.048 和 0.042，穿透浓度为 0.759mg/l、0.087mg/l、0.115mg/l 和 0.117mg/l，在穿透时间上分别较对应的填充土柱提前 144、104、168 和 120 小时。原状土柱出流速率波动较大，其变异系数分别较对应的填充土柱高出 5～10 倍。在不同水力负荷下，原状土柱 Br 和 NO_3~- 的累积迁移量均明显高于填充土柱。不同水力负荷条件下，Br 和 NO_3~- 累积迁移量的差异不是来源于土壤优先水流，而是来源于土壤基质流。耕作可以影响土壤优先水流的穿透规律，并对土壤溶质运移构成影响。但耕作对土壤优先水流的穿透时间、穿透时的孔隙容积、穿透峰的出现和累积迁移量的影响并不遵从同一规律，这个过程不能通过孔隙的增减来简单描述的。优先水流存在下, Br 和 NO_3~- 在土壤中的分布表现为以大孔隙为中心向外径向递减，即 I 区溶质含量 ＞ II 区 ＞ III 区。土柱中溶质的径向分布以大孔隙为中心呈辐射状，表现距大孔隙越近溶质浓度越高。土壤优先水流可以引起非吸附性离子的快速大量迁移。这种迁移为深层次土壤和地下水中溶质浓度的大幅度提高提供了条件，一方面可能增加了深层次土壤污染修复的难度，一方面可以导致水体的富营养化，造成在下水污染的危险。